多次元量子井戸構造の導入による半導体レーザの超高速化の基礎研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04228203
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30134638)
• 研究分担者: 永宗 靖 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (20218027)
• キーワード: 量子細線 / 量子ドット / 量子井戸 / キャリアダイナミックス / 超高速変調 / バンド計算 / キャリア捕獲

研究概要

本研究は、量子細線やや量子箱などの多次元量子井戸構造を有する半導体レーザの超高速化の可能性および極限性能について、理論的・実験的に明らかにすることを目的としている。
本年度は、まずMOCVD選択成長によるGaAs量子細線の作製と光学的性質をおこなった。SiO_2パターン上のMOCVDを用いて選択成長をおこなうことにより、一辺10nm以下ののGaAs量子細線を作製することに成功した。これは世界最小寸法である。フォトルミネッセンス(PL)スペクトルの測定により、量子細線に対応する量子準位めが明確に存在することがあきらかになった。さらにGaAs量子細線の磁気を測定してその磁場印加方向依存性を測定し、われわれが作製したサンプルには量子細線効果が確かに存在していることを示した。さらに、さまざまな寸法を有するGaAs量子細線のPLを低温においてピコ秒分光により測定することにより、量子細線閉じ込めが強くなると、GaAs量子細線中の励起子が長くなることを初めて見い出した。
また、量子細線のバンド構造を強結合法やK・p摂動法を用いて求め、量子井戸と大きく異なることを示し、また、この結果に基づき量子状態の断面形状依存性、遷移行列の偏波面依存性を同らかにするとともに、量子細線界面のゆらぎとレーザ特性の関係を明らきにした。キャリア捕獲過程についても検討を行った。これらの成果は量子細線構造を有する半導体レーザの超高速化をはかるうえできわめて重要なものである

研究成果

• [文献書誌] M.Willatzen,T.Takahashi,Y.Arakawa:"¨Nonlinear Gain Effects Due to Carrier Heating and Spectral Holebuming in Strained Layer Lasers¨" IEEE Photonics Tech.Letters. 4. 682-685 (1992)
• [文献書誌] J.Singh,Y.Arakawa,P.Battacharya:"¨Consequence of Structural Diosorder on Laser Properties in Quantum Wire Lasers¨" IEEE Photonics Tech.Lett.4. 835-837 (1992)
• [文献書誌] T.Takahashi,Y.Arakawa,M.Nishioka,T.Ikoma.: "¨MOCVD Slective Growth of GaAs:C Wire and Dot Structures by Electron Beam Irradiation¨" Journal of Crystal Growth. 124. 213-219 (1992)
• [文献書誌] M.Nishioka,S.Tsukamoto,Y.Nagamune,T.Tanaka,Y.Arakawa:"¨Fabication of In GaAs Strained Quantum Wires Using Selective MOCVD Selective Growth on SiO2-Pattemed GaAs Substrate¨" Journal of Crystal Growth. 124. 502-506 (1992)
• [文献書誌] Y.Nagamune,Y.Arakawa,S.Tukamoto,M.Nishioka: "¨Photouminescence Spectra and Anistropic Energy Shift of GaAs Quantum Wires in Magnetic Fields¨" Physical Review Letters. 69. 2963-2966 (1992)
• [文献書誌] C.Weisbuch,M.Nishioka,A.Ishikawa,Y.Arakawa:"¨Observation of the Coupled Exciton-Photon Mode Splitting en a Semiconductor Quantum Microcavity¨" Physical Review Letters. 69. 3314-3317 (1992)
• [文献書誌] Y.Arakawa:"Single-Electron Tunneling and Mesoscopic Devices" Springer-Verlag Berlin Heiderberg, 8 (1992)
• [文献書誌] Y.Nagamune,Y.Arakawa,S.Tsukamoto,M.Nishioka S.Sasaki,N.Miura:""Science and Technology of Mesoscopic Structures"" By Springer-Verlag Tokyo, 7 (1992)